填充聚丙烯复合材料不同温度下弯曲性能研究

俞 飞，吴亦建，聂 鑫，李 烨，吴国峰，陈延安

（金发科技股份有限公司，广东广州 510663）

聚丙烯（PP）是四大通用塑料之一，具有密度低、成型性能良好、无毒环保以及易回收等优点，在汽车、家电、电子电器等行业获得广泛应用［1-3］。在汽车领域中针对特定的项目需要特定的高温模量保持率才能满足零部件要求，如汽车空调壳体、空滤壳体需要较高的高温弯曲模量保持率聚丙烯，而对于保险杠、爆破仪表板等特定的项目就需要较低的低温弯曲模量改性聚丙烯材料。目前很少有见到深入、系统地研究改性聚丙烯高温弯曲模量保持率的报道。常见报道的改性聚烯烃和金属高温模量浊试，如：玻璃纤维增强聚丙烯［4-6］、碳纤维增强聚丙烯［7］、滑石粉填充聚丙烯［8-9］、EPDM增韧聚丙烯［10］、成核剂改性聚丙烯［11］、交联聚乙烯［12］、金属材料高温弹性模量浊定［13］，这些主要是从某些特定的性能角度出发展开深入研究，并未过多的关注改性聚丙烯复合材料的高低温弯曲性能保持率这个指标。

本文重点对PP、PP-TD10、PP-TD20、PP-TD30、PP-TD40体系进行不同温度（-40、-30、23、60、80、100、120 ℃）的弯曲性能研究。研究表明，随着温度的上升，聚丙烯复合材料的弯曲强度和弯曲模量不断降低，另外随着填充比例的增加复合材料的弯曲强度和弯曲模量也不断上升。以23℃为基准，PP-TD20的复合材料在-40℃的弯曲强度保持率达244.7%、弯曲模量保持率达252.9%，120℃的弯曲强度保持率达22.8%、弯曲模量保持率达14.5%。本文对不同温度下的改性聚丙烯进行弯曲性能的研究，对汽车行业用改性聚丙烯有着重要的指导意义。

1 实验部分

1.1 主要原料

（1）聚丙烯PP

牌号：DXHC9012D（高结晶均聚，MFR=10～15 g/ 10min）；供应商：茂名石化。

（2）滑石粉Talc

牌号：TYT-777A（3000目滑石粉）；供应商：辽宁添源。

1.2 主要仪器和设备

双螺杆挤出机：SHJ-30型，南京瑞亚高聚物装备有限公司；注塑机：BS80-III型，广州博创机械有限公司；高低温弯曲试验机：BT1-FB005TN.D14型，德国Zwick/Roell公司；扫描电子显微镜：JSM-IT100，日本日立公司。

1.3 试样制备

按照一定重量比例称取配方原料进行混合均匀，接着加入挤出机进行造粒，最后通过注塑机注塑样条，注塑好的力学样条放在标准环境（23℃、50%RH）中调节48h后浊试。

加工助剂添加量（质量分数）：抗氧剂1010+抗氧剂168+润滑剂硬脂酸锌+受阻胺光稳剂3808PP5= 0.2%+0.2%+0.2%+0.2%。

1.4 性能测试

常温弯曲性能按照ISO 178、2mm/min浊试；高低温弯曲性能按照ISO 178、2mm/min浊试，且在指定温度下调节4h后安排浊试。

2 结果与讨论

2.1 无填充PP不同温度下弯曲性能研究

从表1可以看出，在无填充PP体系中不同温度下的弯曲性能保持率不同，一般随着温度从低到高弯曲性能保持率不断下降，这主要是因为聚丙烯是结晶高分子材料，且聚丙烯的玻璃化转变温度Tg在-10℃左右，高于Tg分子链会运动重排，温度越高分子链之间的滑移越剧烈，低于Tg分子链被冻结运动困难，温度越低冻结程度越深。

表1 无填充PP不同温度下弯曲性能Table 1 Pure PP flexural performance at different temperatures

2.2 PP-TD10体系不同温度下弯曲性能研究

从表2同样可以看出，在PP-TD10体系随着温度的降低保持率不断增加，在-30℃的温度下弯曲强度保持率达221.6%，弯曲模量保持率达252.3%。

表2 PP-TD10体系不同温度下弯曲性能Table 2 PP-TD10 system flexural performance at different temperatures

2.3 PP-TD20体系不同温度下弯曲性能研究

从表3同样可以看出，在PP-TD20体系随着温度的降低保持率不断增加，在-30℃的温度下弯曲强度保持率达228.1%，弯曲模量保持率达246.6%。

表3 PP-TD20体系不同温度下弯曲性能Table 3 PP-TD20 system flexural performance at different temperatures

2.4 PP-TD30体系不同温度下弯曲性能研究

从表4同样可以看出，在PP-TD30体系随着温度的降低保持率不断增加，在-30℃的温度下弯曲强度保持率达221.3%，弯曲模量保持率达250.7%。

表4 PP-TD30体系不同温度下弯曲性能Table 4 PP-TD30 system flexural performance at different temperatures

2.5 PP-TD40体系不同温度下弯曲性能研究

从表5同样可以看出，在PP-TD40体系随着温度的降低保持率不断增加，在-30℃的温度下弯曲强度保持率达227.6%，弯曲模量保持率达253.2%。

表5 PP-TD40体系不同温度下弯曲性能Table 5 PP-TD40 system flexural performance at different temperatures

2.6 不同比例填充复合材料扫描电镜(SEM)分析

从图1电镜分析可以看出，随着配方滑石粉含量的增加SEM显示片状物质增加。滑石粉在聚丙烯体系中呈现片状分布，直径大约3～12μm，厚度小于1μm。滑石粉作为聚丙烯改性体系的填充增强剂，随着含量的增加直径有所下降，主要是因为含量的增加彼此之间的摩擦磨碎力度加大导致片状结构受到破坏。

图1 不同含量滑石粉填充体系电镜分析Fig.1 SEM analysis of filling system with different content of talc

3 结论

（1）不同温度下聚丙烯复合材料的弯曲性能不同，随着温度的不断提高复合材料的弯曲强度和弯曲模量不断下降，如PP-TD20体系在80℃时弯曲强度保持率44.7%，弯曲模量保持率36.2%。

（2）不同填充比例聚丙烯复合材料在相同高温下弯曲性能保持率不同，填充含量越高弯曲性能保持率越高，如PP-TD10在100℃弯曲强度保持率35.1%，弯曲模量保持率28.5%，而PP-TD40在100℃弯曲强度保持率36.4%，弯曲模量保持率29.3%。

（3）从聚丙烯复合材料扫描电镜可以看出，滑石粉呈现片状结构，直径大约3～12 μm，厚度小于1μm。